[发明专利]用于纸箱打样机的嵌入式控制系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于纸箱制造自动控制技术领域，尤其涉及用于控制机床完成纸箱打样的嵌入式控制系统及其控制方法。

背景技术

在纸箱打样控制系统当中，运动控制器起着像人体大脑一样的作用，其性能的高低很大程度上影响到纸箱打样效果的好坏，而目前纸箱的多样化使得需要处理的图形越来越复杂，难度越来越大。因此，提升控制系统的性能同时降低其价格是关键。在运动控制器的发展过程中，出现了以单片机、专用芯片(ASIC)、DSP和FPGA为核心处理器的运动控制平台，其中当前市场上主要的运动控制器是基于“PC＋运动控制卡”的运动控制器，通过将PC机的信息处理能力和开放式的特点与运动控制卡的运动轨迹控制能力有机地结合在一起。但是这种方式在结构和性能上都存在很大的局限性：

第一，运动控制卡不能脱离计算机总线，需要插入计算机主板的PCI或者ISA插槽，因此每个具体应用都必须配置一台PC机作为上位机，这无疑对设备的体积、成本和运行环境都有一定的限制，难以独立运行和小型化。

第二，由于采用的是通用的工业PC机平台，硬件不可裁剪，对于很多场合，PC机上的许多功能都没有用到，而用户仍然要付出该成本。由于无法针对运动控制系统的特点来对系统软、硬件进行裁剪，因此采用通用的工业PC机不能很好地搭建嵌入式运动控制平台。

发明内容

针对上述纸箱制造过程中控制系统的不足，本发明提供一种用于纸箱打样机的嵌入式控制系统，该控制系统体积小、硬件成本低，系统运行的实时性和稳定性高，可靠性与扩展性好，系统功耗低，适应了机电产品对嵌入式控制系统的发展需要。

本发明的另一目的是提供一种上述用于纸箱打样机的嵌入式控制系统的控制方法。

本发明的用于纸箱打样机的嵌入式控制系统包括通过数据总线与控制总线相连接的嵌入式微处理器模块和运动控制模块。

所述微处理器模块以ARM+DSP双核CPU芯片OMAP-L138为核心。

所述 OMAP-L138的DSP内核为浮点型DSP。

所述OMAP-L138内部本身共享128KB RAM。

所述运动控制模块以FPGA精插补运动控制模块进行脉冲输出控制，其分别连接X轴伺服驱动器、Y轴伺服驱动器、Z轴伺服驱动器和U轴伺服驱动器，所述各轴的驱动器分别连接各轴的运动部件，其中，X轴运动部件与Y轴运动部件一起控制平面内刀片的位置，Z轴运动部件控制刀片的切入深度，U轴运动部件控制刀片的方向；还连接有用来控制刀片的上下振动的驱动电路和直流电机。

所述FPGA作为DSP的外设，利用总线通过EMIF接口与之相连接，FPGA内部同时设计两个128*16位的双口RAM，采用PING-PONG结构进行数据接收。

本发明还包括与嵌入式微处理器模块连接的相应外围模块：FLASH存储器、SDRAM存储器、液晶显示接口、输入输出接口、以太网接口、USB接口、SATA接口和串行接口。

所述FLASH存储器为NAND Flash存储器，其采用两片 K9K2G08U1A，共512MB，用于存储存放系统运行程序、系统参数及运动指令程序。

所述SDRAM存储器采用两片 MT48LC16M16A2P-75，共64MB，用于存放临时数据和运行应用程序。

本发明提供的控制方法，包括以下步骤：

1）输入待加工的纸箱图形DXF文件、HPGL文件或者G代码加工文件后，由 OMAP-L138的ARM核模块进行图形轮廓识别、轨迹规划、速度预处理或加工代码转换；

2）通过OMAP-L138内部的共享RAM将数据共享给OMAP-L138的DSP核模块进行粗插补运算；

3）通过总线将粗插补数据传输给编程好的FPGA进行精插补，同时输出控制给步进或伺服系统去控制执行部件的动作，从而完成特定纸箱图形的裁剪。

本发明的基于OMAP-L138双核芯片和FPGA芯片的嵌入式纸箱打样控制系统，其硬件成本较低，同时采用多任务实时操作系统Windows CE，其与桌面Windows系统非常相似，上层软件开发思路一致，因此软件开发比较容易。本发明的嵌入式纸箱打样控制系统是一种可以脱离上位机单独运行的，用于纸箱打样处理的专门控制系统。由于大量的图形信息需要直观的模拟加工显示，采用Windows CE嵌入式操作系统可以方便地利用其本身的图形用户界面去处理模拟加工，效果明显，开发效率也高。

本发明体积小、硬件成本低，系统运行的实时性和稳定性高，可靠性与扩展性好，系统功耗低，适应了机电产品对嵌入式控制系统的发展需要。

附图说明